感测器界面-智慧科技物联网应用教学.ppt

* * * * * * * * * * * * * 修平科技大學工程學院 電機工程系 副教授 林振漢 物聯網-感知層單晶片裝置原理 全面感知:嵌入式晶片發展 2017 年 1月 1日 物聯網智慧裝置開發與應用 全面感知:智慧裝置/單晶片嵌入式晶片發展 全面感知 1.感知什麼? 環境、事務狀態、辨識 感測器/物聯網裝置 2.如何取得感知訊息 單晶片/感知元件/感測介面 3.如何傳送感知訊息(通訊介面) Uart/Wi-Fi/ZigBee/BLE 感知層智慧裝置架構 單晶片嵌入式系統 感測元件 輸出顯示與控制元件 全面感知-製作Smart Devices 從微處理機到嵌入式系統 中斷/計時計數 (INT/Timer) 傳輸介面ADC, RF, I2C, SPI UART 驅動介面(開關,鍵盤, 顯示器,喇叭, 馬達) 算術邏輯運算單元(ALU) 輸出入單元(GPIO) 控制單元(CU) 記憶體單元(ROM/RAM) 內部記憶體(Register) 中央處理單元(CPU) 感測器界面(溫濕光感測度,,加速計電子羅盤) 通訊網路界面UART, CANUSB,Ethernet, Zigbee,BLE 嵌入式系統 擴充儲存器SD, CF, USB, 微處理機 單晶片 晶片與介面技術 晶片技術 8位元單晶片8051/PIC DSP晶片 32位元嵌入式系統晶片ARM 介面技術 DIO/並列/串列中斷/計時 內建ADCIR/PWM IIC/SPI/USB/UART 通訊技術 RS-232/RS485 RF/Ethernet ZigBeeWi-Fi/BT/BLE LTE(4G),LoRa 晶片與介面技術快速進步，提供智慧生活與物聯網 更完善的開發平台 單晶片感測控制介面介紹 數位輸出入介面DI/DO 串列通訊I2C (I square C) 串列通訊SPI 脈寬調變PWM 單線式通訊1 Wire 非同步串列通訊 UART 類比數位資料轉換器ADC 計時/計數器/中斷(TIMER/COUNTER/INT) 數位輸出入介面DI/DO 輸入埠(input port)負責將外界的命令、資料取入微電腦中。一般微電腦的輸入埠只能夠輸入0與1兩種狀態。輸出埠(output port)負責將CPU處理之結果送至外界。一般微電腦的輸出埠只能輸出0與1兩種狀態。 輸入電路：微電腦必須與按鈕、微動開關、磁簧開關、光電開關、溫度開關、近接開關…等相連接，才能得知外界的現況而做適當的處理。其接法有二，一以低態動作(activeLow)，一以高態動作(activeHi)。 輸出電路：微電腦的輸出埠沒有能力直接去驅動馬達、電磁閥、電燈泡、電熱器…等負載，因此必須在微電腦與負載間加入輸出介面電路諸如電晶體、繼電器、固態電驛、電磁接觸器…等。其接法有二，一以低態動作(activeLow)，一以高態動作(activeHi)。 單晶片介面ADC 類比數位資料轉換器(Analog to Digital Converter) 自然界中的物理現象，當予以數量化之後往往是呈現連續的類比訊號，因此若欲將外界物理量的變化量傳入微電腦中進行運算，或是要由微電腦輸出命令驅動裝置時，就需要將訊號進行轉換的處理。 單晶片介面 PWM 脈寬調變PWM是Pulse Width Modulation的縮寫，利用0與1的數位訊號的寬度調整來模擬類比輸出的一種控制，廣泛運用在量測通訊與功率控制還有轉變， 在周期時間內，電壓全ON(1) led會全亮或是直流馬達會全速旋轉，當周期時間內，部分時間電壓由ON(1)變OFF(0)關掉一點時間， led亮度會稍微減少，馬達轉速也會稍微降低，如果關掉區間調大，led亮度會更加減少，馬達轉速也會稍微降低，利用這一種調整脈寬，使得輸出感覺上好像平均值降低，這一種類比控制就叫做脈寬調變的方式。 單晶片介面 I2C 串列通訊I2C (I square C) I2C是內部整合電路的稱呼，是一種串列通訊匯流排， 使用多主從架構。 I2C只使用兩條雙向開放集極（Open Drain）（串列資料（SDA）及串列時脈（SCL））並利用電阻將電位上拉。I2C允許相當大的工作電壓範圍，但典型的電壓準位為+3.3V或+5v。 傳輸速率：標準模式（100 Kbit/s）~ 快速模式（400 Kbit/s） 單晶片介面 SPI 串列通訊SPI 序列周邊介面（Serial Peripheral Interface Bus，SPI），類似I2C，是一種4線同步序列資料協定，適用於可攜式裝置平台系統，但使用率較I2C少。序列周邊介面一般是4線，有時亦可為3線。 SPI匯流排定義四組 logic signals